CN110627762A - 一种抑制禾本科杂草种子萌发及生长的化合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制禾本科杂草种子萌发及生长的化合物及其应用，该化合物的分子结构式如通式(Ⅰ)所示，本发明通过比较该化合物不同浓度水溶液对野燕麦种子萌发和生长的影响，发现该化合物对禾本科杂草野燕麦(Avena fatua L.)种子萌发和生长有显著的抑制作用。该化合物水溶液浓度达到200μg/mL以上时，即可完全抑制禾本科杂草野燕麦(Avena fatua L.)种子萌发和幼苗生长。该化合物在控制杂草方面有广阔的应用开发前景。

Description

一种抑制禾本科杂草种子萌发及生长的化合物及其应用
技术领域
本发明属于植物化感物质技术领域，具体涉及一种抑制禾本科杂草种子萌发及生长的化合物及其应用。
背景技术
农田杂草是农业生产中的重要问题之一，给农业生产造成巨大损失，长期使用除草剂不仅污染环境，而且杂草易产生抗药性。具有化感作用的植物可以通过向环境中释放化感物质并与杂草竞争生存环境，进而对杂草种子的萌发和生长产生抑制作用。利用化感作用控制杂草不会带来诸如农药残留等的环境问题，所以利用化感作用控制田间杂草是一种具有潜力的可持续发展农业的杂草控制措施。
青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum Hook.f)主要分布于西藏、青海、甘肃和四川部分地区，在植物学上属于栽培大麦的变种，因其籽粒内外稃与颖果分离，籽粒裸露，故称裸大麦。青稞是青藏高原极端环境条件下植物适应性进化的典型代表，是青藏高原最具特色的高原农作物，是青藏高原高寒农区一年一熟的标志性作物，具有耐寒，耐旱、耐瘠薄、生育期短、适应性强等优异种性。野燕麦(Avenafatua L.)属禾本科杂草，是青稞田发生最为严重的主要优势杂草。
植物化感作用(Allelopathy)是指一种植物向环境释放特定的化学物质(化感物质，Allelochemical)而影响周围其它植物的生长和发育的生态学现象。植物化感作用是通过向环境释放化学物质而实现的，这些起作用的化学物质称为化感物质。植物化感物质主要是植物次生代谢物质,它们分布于植物的根、茎、叶、花、果实或种子中。常见的释放方式有4种。(1)挥发，一些挥发性化感物质(主要是萜类)通过植物体表(茎、叶、花)进入环境而发挥作用。(2)淋溶，由于雨水或雾滴的作用，一些有机酸、氨基酸、萜类和酚类等水溶性化合物易被从植株表面淋溶下来，对周围植物产生影响。(3)根的分泌，次生代谢产物中的根系分泌物很大一部分是化感物质。(4)植物残株的腐烂释放，植物及其某些器官死后，其中的复合物或聚合物被微生物分解而释放出某些化合物，这对周围植物其化感作用。对于植物化感作用有两点基本的认识：(1)任何一种化感物质都可能影响植物的许多基本代谢过程和生长调节系统。(2)任何一种化感物质对植物的作用机制都与化感物质的浓度有关，表现为低促高抑。
目前作物化感作用的研究热点主要集中水稻、小麦、玉米、大麦等粮食作物上，国内外关于化感作用的研究发现，与青稞近缘的麦类作物中如大麦、黑麦和小麦的多数品种具有化感抑草作用，而像青稞这种属于大麦变种，是禾本科植物中生长环境极其特殊的一种大麦属植物在化感作用方面的研究还存在空白。申请人通过前期大量工作明确了Tricin4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether是青稞的主要化感物质，且对青稞田危害最为严重的杂草野燕麦种子萌发及生长具有显著的抑制效果。利用青稞自身的化感活性物质抑制野燕麦种子萌发及生长，不仅对环境安全，同时也可将青稞的秸秆合理利用。Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether属黄酮木脂素类化合物是一类以黄和苯两素类衍生物缩合而成的黄酮类化合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可显著抑制禾本科杂草野燕麦(Ave na fatua L.)种子萌发、株高和根系生长的化合物，该化合物在较低浓度下可显著抑制杂草种子萌发。
为实达到述技术目的，本发明具体通过以下技术方案实现：
一种抑制禾本科杂草种子萌发及生长的化合物，其分子结构式如式(Ⅰ)所示：
在本发明的另一方面，提供了上述化合物在抑制禾本科杂草萌发及生长中的应用。
优选的，所述的禾本科杂草为野燕麦。
优选的，所述的化合物抑制禾本科杂草的水溶液浓度为10～200μg/mL。
在本发明的另一方面，提供了上述化合物在制备抑制禾本科杂草萌发及生长药物制剂中的应用。
本发明的有益效果为：
本发明通过比较不同浓度Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether对野燕麦种子萌发和生长的影响，发现Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether对禾本科杂草野燕麦(Avena fatua L.)的种子萌发和生长有显著的抑制作用。Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylgl yceryl)ether水溶液200μg/mL即可完全抑制禾本科杂草野燕麦(Avena fatua L.)种子萌发，对其植株生长显著抑制，Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether在控制青稞田杂草方面有广阔的应用开发前景。
附图说明
图1是本发明青稞化感物质Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether对受体野燕麦萌芽及幼苗生长化感指数柱状图。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether对禾本科杂草野燕麦(Avenafatua L.)种子萌发及生长的显著影响。
1.Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether纯品溶液的配制
配制5个浓度的Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether水溶液，分别为10μg/mL、25μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、200μg/mL，以清水为空白对照。
2.野燕麦种子处理
选取大小一致、颗粒饱满的野燕麦种子，用2.5％NaClO溶液浸泡，同时用磁力搅拌器搅拌10min，再用无菌水搅拌冲洗3次(每次3min)，吸水纸吸干，25℃的条件下催芽24h，挑选露白一致的野燕麦种子进行测定。
在高压灭菌后的玻璃培养皿(直径9cm)中铺双层滤纸，分别加入制备好的不同浓度(10μg/mL、25μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、200μg/mL)Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether水溶液5mL，以清水为CK对照。每皿放置露白一致的野燕麦20粒，按4*5排列，每个处理3次重复。
3.化合物抑草效应检测方法
采用培养皿滤纸法，在铺有双层滤纸的9cm培养皿中加入5mL不同浓度的待测处理液，对照加等量的蒸馏水。试验采取完全随机区组设计，每个处理设3次重复。
将培养皿放在25℃恒温培养箱中培养3天，第4天开始培养箱内的光照周期为12h光照/12h黑暗。培养期间加适量无菌水保持种子及幼苗生长所需要的水分。1天测定种子发芽率，7天分别测定野燕麦幼苗根长、芽长、发芽总数及计算抑制率。
测量指标
萌发率：萌发的标准是胚根突破种皮1-2mm。
根长：根颈部位到根尖部位作为根长。每个培养皿测全部发芽的种子，每个处理共取3个培养皿，用量度为20cm的直尺测定根长。
株高：以根颈以上部位的长度作为株高。每个培养皿测全部发芽的种植，每个处理共取3个培养皿，用量度为20cm的直尺测定株高。
萌发率＝(种子的萌发数/培养皿中种子总数)×100％
根长(株高)抑制率：引用Williamson等和曾任森的方法计算株高抑制率。公式为：IR＝(T0-T1)×100/T0，其中T1为测试项目的处理值，T0为对照值。当IR>0时表示存在抑制效应，IR<0时表示存在促进效应。IR的绝对值表示抑制作用的强弱。
综合抑制效应指数(SE)：是萌发、根长和株高3个测定指标的对照抑制百分率的算术平均值，是评价化合物对植株萌发及生长整体影响的参数。
化感指数：RI＝1－C/T(T≥C)
RI＝T/C－1(T≤C)
公式中，C为对照值，T为处理值，RI＞0表示促进作用，RI值＜0表示抑制作用，其绝对值的大小与作用强度一致。
4.试验结果
表1 Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether不同浓度水溶液对野燕麦杂草种子萌发及生长的影响
由表1和图1中可以看出，Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether不同浓度水溶液对野燕麦种子萌芽和生长具有抑制作用，当浓度200μg/mL时，抑制野燕麦(Avena fatua L.)杂草的种子萌发效果最佳，完全不萌发。青稞化感物质Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylgly ceryl)ether对于禾本科杂草野燕麦(Avena fatua L.)种子萌发具有显著的抑制作用。
实施例2
青稞化感物质Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether不同浓度水溶液对盆栽野燕麦(Brassica napus L.)植株生长的抑制作用。
1.Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether纯品溶液的配制
配制7个浓度的Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether水溶液。分别为25μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、200μg/mL、400μg/mL，以清水为空白对照。
2.野燕麦植株种植
选取大小一致、颗粒饱满的野燕麦种子，用2.5％NaClO溶液浸泡，同时用磁力搅拌器搅拌10min，再用无菌水搅拌冲洗3次(每次3min)，吸水纸吸干后待播种。
选用直径10cm的花盆，内添加种植土，每盆种植20粒野燕麦种子，每个浓度4次重复，分别用手持喷壶按10mL/盆，喷施制备好的不同浓度(25μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、200μg/mL、400μg/mL)Tricin4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether水溶液，以清水为CK对照。
3.化合物抑草效应检测方法
待野燕麦植株长至3-4叶期进行调查测量。
测量指标
出苗率：每个处理出苗数和空白对照相比较。
根长：根颈部位到根尖部位作为根长。每个培养皿测全部发芽的种子幼苗，每个处理共取3个培养皿，用量度为20cm的直尺测定根长。
株高：以根颈以上部位的长度作为株高。每个培养皿测全部发芽的种子幼苗，每个处理共取3个培养皿，用量度为20cm的直尺测定株高。
鲜重：发芽种子幼苗的总量作为鲜重。每个培养皿发芽的种子幼苗，用吸水纸吸干表面水分后，用天平测定鲜重。
根长、株高、鲜重抑制率：引用Williamson等和曾任森的方法计算株高抑制率。公式为：IR＝(T0-T1)×100/T0，其中T1为测试项目的处理值，T0为对照值。当IR>0时表示存在抑制效应，IR<0时表示存在促进效应。IR的绝对值表示抑制作用的强弱。
综合效应指数(SE)：是萌发、根长和株高3个测定指标的对照抑制百分率的算术平均值，是评价化合物对植株萌发及生长整体影响的参数。
4.试验结果
表2 Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether不同浓度水溶液对野燕麦出苗及幼苗生长的影响
由表2中可以看出，青稞化感物质Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylg lyceryl)ether水溶液在不同浓度条件下，对禾本科杂草野燕麦(Aven a fatua L.)出苗和生长具有显著的抑制作用；当Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether在200μg/mL时，抑制禾本科杂草野燕麦(A vena fatua L.)完全不出苗。当Tricin 4'-O-(threo-β-guaiacylglyceryl)ether在大于50μg/mL浓度时，禾本科杂草野燕麦(Avena fatua L.)植株生长受到显著影响，抑草综合效应达到50％以上。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种抑制禾本科杂草种子萌发及生长的化合物，其特征在于，所述的化合物的结构式如式(Ⅰ)所示：
2.权利要求1所述的化合物在抑制禾本科杂草萌发及生长中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的禾本科杂草为野燕麦。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的化合物抑制禾本科杂草的水溶液浓度为10～200μg/mL。
5.权利要求1所述的化合物在制备抑制禾本科杂草萌发及生长药物制剂中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4119507A4 (en) * 2020-03-12 2023-12-27 Zhongkenongfu (Beijing) Biotechnology Co,. Ltd USE OF FLAVONOID GLYCOSIDE SUBSTANCE AND GLYCOSYL TRANSFERASE GENE FOR REGULATING THE RESISTANCE OF PLANTS TO WEEDS

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